AI 한발 늦은 한국, 손발은 빨랐다…로보틱스 생태계 갖추고 톱3로

매경-렉시스넥시스 피지컬AI 특허분석
피지컬 AI ‘풀스택 가치사슬’ 갖춘 韓
AI 지능·실물 제어 등 분야에서 강점
리벨리온 등 中企 IP서도 반격 기회

한국전자통신연구원(ETRI)이 개발한 휴머노이드가 종류에 따라 물체를 분류하는 모습. [ETRI]

한국이 차세대 인공지능(AI) 핵심 기술인 ‘피지컬 AI’ 시장에서 미국·중국과 함께 글로벌 톱3 선두 그룹을 형성했다는 분석이 나왔다. 소프트웨어 중심의 생성형 AI 경쟁에서 한발 늦었던 한국이 강력한 제조업 인프라스트럭처를 발판으로 삼아 차세대 AI 패권전에서 반격의 기회를 잡았다는 평가다.

20일 매일경제신문과 글로벌 특허 분석 기업 렉시스넥시스가 2016년부터 2025년까지의 글로벌 피지컬 AI 특허를 전수 분석한 결과 한국은 2개국 이상에 등록된 ‘다국가 출원 특허’ 점유율 22%로 미국(29%), 중국(25%)에 이어 세계 3위를 기록했다. 일반 생성형 AI 분야의 한국 점유율(11%)과 비교하면 두 배 이상 높은 수치다. 피지컬 AI 특허는 최근 10년간 연평균 55.6% 급증하며 글로벌 산업 패러다임 전환을 이끌고 있다.

전문가들은 한국이 피지컬 AI에서 반등한 핵심 요인으로 ‘풀스택(Full-Stack) 가치사슬’을 꼽았다. 연구기관에 치우친 중국이나 AI 플랫폼·소프트웨어 영역에 편중된 미국과 달리 한국은 AI 반도체부터 제어 알고리즘, 완성형 디바이스, 제조업 현장까지 가치사슬 전반을 자국 내에 모두 갖춘 세계 유일의 국가라는 해석이다. 실제 글로벌 특허자산지수(PAI) 상위 20개 기관에도 삼성전자, LG전자, 현대자동차 등 국내 대표 기업 3사가 모두 이름을 올렸다.

최근 글로벌 AI 기술 패권의 축은 실제 산업 현장의 물리적 장치를 인식하고 제어하는 피지컬 AI로 가파르게 이동하고 있다. AI 주도국들 사이에서도 차세대 전장인 피지컬 AI를 선점하려는 경쟁이 치열해지고 있다.

중국은 전체 특허 출원 수의 약 67%를 차지하며 양적 규모를 주도했다. 그러나 출원 주체를 보면 중국과학원·하얼빈공대·칭화대 등 대학과 연구기관 비중이 압도적인 것으로 나타났다. 이들 특허는 상용화 영향력 지표가 대기업에 비해 현저히 낮고, 휴머노이드 신체 구조 등 특정 영역에 편중돼 있다. 실제 산업 현장 활용도에는 한계가 있다는 분석이 나온다.

미국은 알파벳과 엔비디아 등 빅테크를 중심으로 높은 특허 영향력을 유지했다. 다만 응용 분야별 특허 클러스터를 살펴보면 미국 빅테크 특허는 AI 플랫폼과 컴퓨팅 인프라에 집중됐다. 정밀 제조 제어 등 실물 응용 분야 클러스터에서는 빅테크의 특허 포진을 찾아보기 어려웠고, 개별 전통 기업에 파편화돼 있다는 분석이다.

이에 반해 한국은 특허 클러스터가 특정 레이어에 쏠리지 않고 AI 반도체부터 알고리즘, 실물 제어 플랫폼까지 가치사슬 전반에 고르게 분포돼 있는 국가로 나타났다. 연구기관 중심에 그친 중국이나 소프트웨어 영역에 편중된 미국과 달리 AI 지능 영역과 실물 제어 분야를 잇는 통합형 특허 포트폴리오가 구축돼 있다는 평가다.

실제로 ‘다국가 출원 특허’에서도 한국은 미·중과 촘촘한 ‘글로벌 톱3’ 선두 그룹을 형성했다. 미국이 29%, 중국이 25%를 차지한 가운데, 한국이 22%로 3위였다. 일반 생성형 AI 분야 다국가 출원 점유율에서 한국이 11%에 머물며 미국(43%), 중국(27%)에 크게 뒤처졌던 것과 비교하면 두 배 이상 뛰어오른 성과다.

다국가 출원은 2개 국가 이상에서 특허 출원한 경우를 뜻한다. 김동현 렉시스넥시스 수석매니저는 “AI와 같은 국가 전략 기술 분야는 정부 지원 정책에 따른 자국 출원이 착시 효과를 일으키는 경우가 많아 특허 출원 국가 2개 이상인 조건을 함께 비교해야 한다”며 “실제 관련 혁신이 발생하는 국가별 지형을 파악하고, 기업과 국가의 글로벌 시장 진출 및 기술 사업화 의지를 보여준다”고 말했다.

전문가들은 한국이 피지컬 AI 시장에서 승기를 잡을 수 있는 결정적 무기는 풀스택 가치사슬이라고 강조했다. 한국은 기술 클러스터가 특정 분야에 치우치지 않고, AI 반도체부터 알고리즘, 완성형 디바이스, 제조업 현장까지 가치사슬 전반을 자국 내에 모두 갖춘 세계 유일의 국가여서다.

글로벌 피지컬 AI PAI 상위 20개 기관에 삼성전자, LG전자, 현대자동차 등 국내 대기업 3사가 모두 올라 있다. PAI는 개별 특허의 기술적·경제적 가치를 모두 합산해 특정 기업이나 분야의 종합적인 특허 포트폴리오 경쟁력을 평가하는 지표다.

[딥엑스]

대기업의 플랫폼 구축을 뒷받침하는 국내 AI 딥테크 생태계의 데이터 지표도 가파른 상승세를 나타냈다. 초저전력 에지 AI 반도체 기업 딥엑스는 90여 개의 유효 특허 포트폴리오를 축적하며 시스템 연산과 컴퓨팅 특허 자산을 빠르게 확대했다. 메디컬AI 역시 131개의 유효 특허 포트폴리오를 바탕으로 의료 진단과 의료 정보 특허 경쟁력을 대폭 끌어올렸다.

여기에 AI 가속기 인프라를 담당하는 리벨리온, 비전 AI 경량화 기술을 보유한 노타 AI, 올해 코스닥에 상장한 마키나락스 등이 잇달아 PAI를 키우며 ‘AI 칩-소프트웨어-제조 플랫폼’으로 이어지는 국내 풀스택 가치사슬을 구성하고 있는 플레이어로 꼽힌다.

장영재 KAIST 산업및시스템공학과 교수는 “하드웨어나 소프트웨어를 따로 보면 한국이 부족할 수 있어도, 모든 역량을 골고루 갖춘 건 한국이 유일하다”며 “특히 실제 제조공장을 구축하고 운영해온 노하우가 피지컬AI 시대에 큰 경쟁력이 될 것”이라고 진단했다. 한국의 피지컬AI 풀스택 기술과 제조 노하우를 합치면 피지컬AI 생태계를 통째로 구축할 수 있다는 구상이다.

정부는 이미 공장을 운영하는 피지컬AI 시스템 개발 사업을 추진하고 있다. 현재 KAIST와 전북대에 피지컬AI 실증랩을 두고 실제 공정을 운영중이다. 이준우 정보통신산업진흥원 피지컬AI 사업 책임자(PM)는 “피지컬AI 시장에서는 AI 모델과 반도체, 하드웨어가 호환되어 함께 돌아가는 생태계 전략이 필수”라며 “한국이 갈고 닦아온 제조업 경쟁력은 AI 시장 관점에서 봐도 축복”이라고 했다.

한국의 피지컬AI 기술이 이미 산업 현장에서 효과를 보이고 있다는 점도 주목할 만 하다. 김순태 전북대 교수(피지컬AI 선도모델 사업 총괄책임자)가 개발한 피지컬AI를 DH오토리드, 대승정밀, 동해금속 등 자동차 부품 업체에서 실증한 결과, 생산량은 각각 7.4%, 11.4%, 5.1% 늘었다. 김 교수는 “제조업 역량에 현재 개발되는 피지컬AI 기술을 더한다면 제조업과 AI 모두에서 한국이 새로운 전환기를 맞이할 수 있을 것”이라고 낙관했다.